3. Число лучей и их ориентация

Рассмотренная выше схема однолучевого ДИСС имеет ряд существенных недостатков:

– так как годограф f_Д(γ) (см. рисунок 2) имеет малую крутизну в области f_Дmax, то измеритель обладает низкой точностью совмещения оси антенны с направлением вектора скорости с соответственно грубым определением угла сноса ;

– крены самолета (рисунок 5) вносят недопустимо большую погрешность в измерение скорости (5%) f_Д на каждый градус крена /1/, что на порядок превышает допустимую суммарную ошибку;

– требуется высокая кратковременная стабильность частоты f_Д передатчика ДИСС: уход ее на за время распространения радиоволны от бортовой антенны до отражающей площадки и обратно должен быть много меньше допустимой погрешности измерения f_Д /1/:

.

Рисунок 5. Влияние угла крена на погрешность измерения скорости

Существенно более высокими характеристиками обладают более сложные многолучевые ДИСС. Наибольшее распространение получили трех- и четырехлучевые антенные системы ДИСС конфигураций, представленных на рисунке 6. X- и Y-образные конфигурации используются в самолетах и космических аппаратах, а Т-образные – на вертолетах, для которых характерны большие углы сноса /1/.

Рисунок 6. Возможные расположения лучей в многолучевых ДИСС

Принцип работы многолучевого ДИСС рассмотрим на примере Х-образной системы (см. рисунок 7).

Рисунок 7. Годограф скорости для четырехлучевого Х-образного ДИСС

Все четыре луча в вертикальной плоскости отклонены вниз относительно горизонтальной плоскости на одинаковый угол β₀, а относительно продольной оси самолета – в противоположные стороны на одинаковый угол . Поэтому лучи 1 и 3 развернуты относительно вектора скорости V на одинаковый угол γ_1,3, а лучи 2 и 4 – на одинаковый угол γ_2,4. Доплеровские приращения частоты для лучей 1 и 2, направленных по движению самолета, положительны, а для лучей 3 и 4, направленных против движения, – отрицательны, но по абсолютному значению для лучей антиподов (1, 3 или 2, 4) одинаковы. Лучи включаются попарно поочередно:1, 3, затем 2, 4, затем 1, 3 и т.д. В приемном тракте выделяется частота биений между сигналами, принятыми парными лучами. Например, при включении лучей 1, 3 выделяется частота биений:

Аналогично при включении лучей 2, 4:

.

Задача сводится к развороту антенной системы до получения равенства f_{γ 1,3} = f_{γ 2,4} . Это соответствует равенству углов γ_1,3 = γ_2,4 = γ₀ / 2 и совмещению оси антенной системы с направлением вектора скорости.

Измеряя углы между осями антенны и самолета, определим угол сноса , а модуль вектора скорости V найдем, разрешив относительно V соотношение

Основные преимущества многолучевого ДИСС:

1. Рабочему положению оси антенны после ее разворота соответствует большая крутизна годографа f_Д(γ) для всех четырех лучей, что обеспечивает более высокую точность измерения .

2. При отсутствии крена (рисунок 8а):

.

При наличии крена (рисунок 8б):

поэтому относительная погрешность измерений, вносимая креном δ:

.

При : .

Таким образом, в многолучевой системе на каждый градус крена вносится погрешность 0,02% от f_Д, т.е. примерно в 250 раз меньше, чем в однолучевой системе. Причина этого проста: погрешности, вносимые креном в f_Д1 и f_Д3, имеют противоположный знак и при суммировании f_Д1 и f_Д3 компенсируются.

Рисунок 8. Расположение лучей при отсутствии (а) и наличии (б) углов крена

3. В многолучевой системе, где выделяется частота биений между сигналами лучей-антиподов, важна стабильность частоты передатчика только на время разности хода лучей 1 и 3 (или 2 и 4):

.

При отсутствии крена (R1 = R3) требования к кратковременной стабильности частоты передатчика вообще снимаются.